研究表明,APE1酶作为一种细胞内多功能酶,在肿瘤细胞中存在异常表达,其水平通常会升高,因此,APE1作为一种重要的肿瘤标志物,对于肿瘤的筛查与治疗至关重要。迄今为止,在已发表的研究中有许多检测方法,比如SERS传感检测、酶联免疫吸附测定,但是对APE1的检测手段还不够丰富,已经实现的检测范围及检测限远远达不到更理想的要求,因此,对APE1的进一步探索研究至关重要。DNA walker是一种DNA分子机器,其中的组成核酸可以沿着预定的轨道进行移动,DNA walker的渐进运动提供了执行多项任务和信号放大的可能性,为分子运输、生物传感和生物合成提供了有价值的平台,目前已有很多利用DNA walker良好的信号放大能力构建生物传感器的报道。本论文致力于而开发新的DNA walker行走启动模式并同靶标检测结合,此外考虑引入细胞里内源性物质提供持续行走的驱动,希望为基于DNA walker纳米器件的生物传感成像等应用提供新的设计思路和策略。基于DNA walker的信号放大能力结合电化学/荧光等高灵敏度检测手段,我们以APE1酶作为walker启动的触发开关,成功实现了对靶标APE1酶的超灵敏检测分析,并且实现了对Hela与L929细胞裂解液中APE1的区分。具体来说,本文主要涉及了两个工作,主要内容如下:（1）基于双足DNA walker的电化学生物传感器用于APE1酶的超灵敏检测在第二章的工作中,首先,我们选择构建单链双足DNA walker,基于双足walker具有更高的稳定性与行走效率,以实现比单足walker更高效的行走和信号放大。此外,由于电化学检测方法更灵敏、成本更低、信号响应好,选择利用电化学作为分析检测手段。为了进一步提高电化学信号的电流响应,我们在DNA walker行走后叠加了杂交链式反应（HCR）,将walker器件与HCR结合设计了双重信号放大策略,利用HCR产物链的特点,吸附更多的MB电化学信号分子,获得更强的信号响应。主要设计原理为:金电极表面修饰发夹DNA-H1,双足walker识别靶标APE1后被释放,进一步打开H1并利用H2发生链置换反应。产生的H1/H2双链可以引发H3、H4的HCR反应以生成长的双链DNA结构,亚甲基蓝分子（MB）通过静电吸附与ss DNA结合,或通过π-π叠加作用与双链DNA结合,以产生强烈的电化学信号。最终我们实现了不同靶标浓度的检测,并且发现APE1酶浓度在0.001 U/ml到1 U/ml的范围内有良好的线性关系,检测限为0.001 U/ml。整个过程简单易行、响应迅速、灵敏度高、检测限低,并对肿瘤细胞和正常细胞的裂解液进行了检测,成功的实现了对肿瘤细胞内APE1的高灵敏度检测分析。（2）基于AuNPs构造三维多足DNA walker用于APE1酶的荧光分析在前边的工作中,电化学分析检测法能够有效的对APE1进行超灵敏的体外检查,我们试图寻找能否使用荧光手段做出同样的检测范围,并能在之后实现体内检测。因此,在第三章的工作中,我们利用金纳米粒子（AuNPs）有良好的生物相容性并且具有荧光猝灭的作用,结合三维DNA walker的优点,构建了基于两种金球的DNA walker体系,其中一种AuNP-W充当多足DNA walker的作用,另一种金球AuNP-T充当轨道的作用。我们选择内源性ATP驱动DNA walker的持续行走,在整个体系中,APE1酶切启动walker行走,将DNA walker的信号放大作用与灵敏的荧光分析结合,可以实时的监控DNA walker运动后所产生的荧光变化。一系列的实验结果表明,随着APE1酶浓度的增加,荧光信号越高,且浓度与荧光值有良好的线性关系,其检测限为0.033 U/ml。最后,对细胞中提取的细胞裂解液进行了同样的分析,证实了其可以有效的区分癌细胞与正常细胞。总之,第三章的实验工作将APE1酶切启动、ATP驱动3D DNA walker持续行走与金纳米粒子自身能够猝灭荧光基团的特点结合,可以实现荧光实时定量,过程简单易行、响应迅速,成功的用于APE1的检测,并且为进一步探索细胞内成像APE1奠定了基础。